[논문]덕트누기시험기용 풍량측정 오리피스의 최적위치 선정에 관한 연구

이승철; 박만흥; 김광추

덕트누기시험기용 풍량측정 오리피스의 최적위치 선정에 관한 연구
Optimal Location of Orifice in Duct Leakage Tester for Air Flow Measurement 원문보기

이승철 (동해대학교 자동차공학과) , 박만흥 (한국전력기술(주)) , 김광추 (한국전력기술(주))

In this study, five experiments were carried out, with an orifice located downstream of a fan in case I and upstream distance to the fan in the rest cases(case $II{\sim}$), so as to determine the optimal location of the orifice and reduce the size of airflow measurement device. The resulting flow rate-pressure drop correlations were found to satisfy the limitation of SMACNA standard, which specified an error of ${\pm}7.5%$ based on the real flow rate. The best outcome was achieved with the orifice located midway of the orifice duct 4 times its diameter long.

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문제 정의

본 연구에 서 는 덕트누기시 험기의 풍량측정장치에 사용되는 오리피스의 위치와 오리피스 전후의 직선 덕트 길이를 조정하여 최적의 오리피스 위치를 선정하고, 이러한 결과로부터 풍량측정장치의정밀도를 유지하면서 경량화를 이루고자 한다.

제안 방법

실험은 실내온도를 20°C로 유지한 상태에서 정상 상태의 유동을 얻기 위해 송풍기를 30분 가동시킨 후 수행하였다. 덕트 출구에서의 풍량측정 방법은 ISO Standard 3966-1977⑸에 의거하였다.
오리피스의 최적위치를 선정하기 위한 실험에 앞서 본 실험에 사용된 송풍기 출구 단면에서의 속도의 불균일 정도를 알아보기 위해 주 유동 방향 속도분포를 측정하였고, 그 결과를 Fig. 3에 도시하였다. 속도 측정점은 모두 32개의 위치에서 측정되었으며, 그림에 나타낸 결과는 측정값들을 접합곡선화(interpolation)한 것이다.
평균하여 사용하였다. 이러한 풍량측정 방법과 오리피스 양단의 압력측정방법을 사용하여 풍량조절 댐퍼로 송풍기 풍량을 조절하면서 실험을 수행하였다.
풍량은 피토관을 3차원 자동 이송장치에 장착하여 출구단면에서 상세측정법에 의거한 25개 위치의 동압을 각각 측정한 후 다음 식을 이용하여구하였다.
위치와 전.후의 직선덕트의 길이에 따라 모두 5가지 경우에 대한 실험을 수행하였다. Table 2에는 본 실험에서 수행된 실험종류를 나타내었다.
전. 후의직선덕트 길이를 조정하여 최적의 오리피스 위치를 선정하기 위해 모두 5가지 경우에 대한 실험을 수행하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 송풍기는 정격정압 190 mmAq 일 때 풍량이 2300 CMH인 원심형 터보송풍기이며, 덕트와 오리피스판의 재료는 투명아크릴과 알루미늄 합금이다. 실험에 사용된 덕트는 원형이며, 덕트 지름 D1 과 오리피스의 지름 D2는 각각 150 mm와 105 mm로。는 0.
실험장치는 송풍기, 오리피스 양단의 차압 측정부 그리고 덕트출구에서의 풍량 측정부로 구성된다. 본 실험에 사용된 송풍기는 정격정압 190 mmAq 일 때 풍량이 2300 CMH인 원심형 터보송풍기이며, 덕트와 오리피스판의 재료는 투명아크릴과 알루미늄 합금이다.

데이터처리

오리피스 양단의 압력차이는 디지털 마이크로마노메타를 이용하여 약 20초 동안 측정한 값들을 평균하여 사용하였다. 이러한 풍량측정 방법과 오리피스 양단의 압력측정방법을 사용하여 풍량조절 댐퍼로 송풍기 풍량을 조절하면서 실험을 수행하였다.

이론/모형

후 수행하였다. 덕트 출구에서의 풍량측정 방법은 ISO Standard 3966-1977⑸에 의거하였다.

성능/효과

(1) 본 연구에 사용된 송풍기 출구단면에서 주 유동 방향 속도분포는 상단부에서 최대속도인18.3 m/s, 하단부에서 최소속도인 8.3 m/s의 불균일하게 측정되었다. 이러한 상하 비평형 유동으로 보아 오리피스 전후의 덕트길이를 줄이기 위해서는 송풍기 출구측에 위치한 오리피스는 비교적 안정된 유동이 존재하는 송풍기 입구측에 위치시켜야 한다.
때문이다.(2) 따라서 오리피스를 송풍기 출구 측 대신 비교적 안정된 유동이 존재하는 입구 측에 위치시킨다면, 오리피스 전후의 직선 덕트의 길이는 줄어들 것으로 판단된다.
(2) 본 연구에서 수행된 5가지 경우의 실험 결과 모두 SMACNA 의 풍량측정장치 제한조건인 ±7.5% 이내의 조건을 만족시킨다. 따라서 오리피스 전.
7%의 오차를 보이며 정량적으로 잘 일치함을 알 수 있다. SMACNA 규격에의거하여 제작된 case【의 결과는 KS 규격의 결과를 기준으로 0.2%〜 1.6%의 오차를 보이며, 나머지 case II〜case V의 결과 또한 -4.3%〜3.0%의오차로 잘 일치함을 알 수 있다. 이러한 결과로부터 본 실험에서 오리피스 전.
후의직선덕트의 길이가 가장 짧으며, 정밀도 또한 유지되는 경우에 해당된다. 본 실험에서는 case V 가 최적의 오리피스 위치이며, 풍량측정장치의경량화를 이룰 수 있다고 판단된다.
3 m/s의 최저 측정속도가 나타났다. 측정된 최대, 최소 유속은 송풍기 출구단면의 평균유속 15.4 m/s의 53.9%와 119%에 해당하는 큰 편차를 보였다. 이러한 상하 비대칭 속도분포로부터 안정된 속도분포를 얻기 위해서는 평균유속이 12.
표에서 KS 규격의 결과를 기준으로 SMACNA 규격의 결과는 0〜-2.7%의 오차를 보이며 정량적으로 잘 일치함을 알 수 있다. SMACNA 규격에의거하여 제작된 case【의 결과는 KS 규격의 결과를 기준으로 0.

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